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硬件开发

PCB设计问题分析


一、PCB设计过程中的常见问题

1.1原理图常见问题

1)ERC报告管脚没有接入信号:a.创建封装时管脚定义i/o属性;b.创建元件或放置元件时修改了不一致的属性,管脚与线没有连上;C.创建元件时pin反向,必须是非pin name端连线;2)元件在图纸外:没有在元件库图纸中心创建文件;3)创建的工程文件网络表只能部分调入PCB:生成netlist时没有选择为global;4)元器件无法翻转、旋转:切换输入法。

1.2 PCB中常见问题

1)网络载人时报告NODE没有找到。a.原理图中的元件使用了器件库中没有的封装;b.原理图中的元件使用了器件库中名称、属性不一致的封装;2)DRC报告网络被分成几个部分:表示这个网络没有连通,查看文件报告,选择使用CONNECTED COPPER查找;3)在操作过程中,应尽量减少出现蓝屏。可多次导出文件,生成新的DDR文件,减小文件尺寸。进行较复杂的设计,尽量不要使用自动布线。

在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,前面的准备工作都是为它而做的,在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高、技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线。在自动布线之前,可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生发射干扰,必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合,自动布线的布通率,依赖于良好的布局,可预先设定布线规则。一般先进行探索式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,根据需要断开已布的线,并试着重新再布线,以改进总体效果。对于元件高密度的PCB设计,贯通孔已不太适应,它浪费了许多布线通道,因此出现了盲孔和埋孔技术,它不仅具有导通孔的作用,还省出许多布线通道使布线更加方便,更加流畅,更为完善。

二、印制电路板干扰的产生及抑制

电气设备在调试和使用中经常出现干扰现象,原因很多,除外界因素造成干扰外,印制电路板布线不合理、元器件安装位置不当等都会产生干扰,这些干扰会导致电气设备不能正常工作甚至导致设计失败。因此,在印制电路板设计时,就应对可能出现的干扰加以抑制。

2.1地线干扰的产生及抑制

原理图中的地线表示零电位,整个电路中的各接地点相对电位差也应为零,但是却不能保证电位差绝对为零,极小的电位差经放大电路放大,可能形成影响整机电路正常工作的干扰信号。为抑制干扰,采用以下方法:(1)正确选择接地方式;(2)将数字电路地线与模拟电路地线分开;(3)尽量加粗接地线;(4)大面积覆盖接地。

2.2电源干扰及抑制

电源电路原理图设计不合理,电源电路的布线和印制电路板设计不合理都会产生电源干扰(包含交流电源电路和直流电源电路产生的电场)。因此在布线时应做到交直流回路不能彼此相连,电源线不要平行大环形走线,电源线与信号线不要靠得太近,并避免平行。必要时在电源输出端和电器之间加装滤波器。

2.3电磁场的干扰及抑制

由于元器件安装紧凑、连接密集,若设计不当,将产生分布参数干扰、元器件的磁场干扰,针对不同干扰应采取相应措施。

1)印制导线间的寄生耦合。两条相距很近的平行导线之间的分布参数可等效为相互耦合的电感和电容,一条导线流过信号,另一条导线亦产生感应信号(即干扰源)。因此在设计时尽量避免信号线相互平行,或采用屏蔽线将弱信号屏蔽以抑制干扰。

2)磁性元器件相互问干扰。扬声器、电磁铁等产生恒定磁场,高频变压器、继电器等产生交变磁场,这些磁场对周围元器件及印制导线都会产生干扰,根据不同情况采取相应抑制对策:(1)减少磁力线对印制导线的切割;(2)两个磁元件的相互位置应使两个元件磁场方向相互垂直,以减少彼此间的耦合;(3)对干扰源进行磁屏蔽,屏蔽罩应良好接地。

2.4热干扰及抑制

电器中的大功率器件,在工作时表面温度较高,导致电路中存在热源,对印制电路产生干扰。因此,在排版设计时将温度敏感元件(如晶体管)远离发热元件,将热源(如功耗大的电阻及功率器件)安装在板外通风处,防止产生热传导或热辐射,必要时加装散热片。

总结

结合具体电子产品制作,通过电路原理图设计、PCB设计、PCB制作工艺体验,一方面使学生掌握了电路设计的方法以及印制电路板制作的各种工艺,培养学生具备发现问题、解决问题的能力;另一方面提高了学生对于专业课程的兴趣,培养学生实践动手的能力,取得较好的效果。

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